Видове триене и износване

ДА СЕкатегория:

Поддръжка на пътни превозни средства

Видове триене и износване

В зависимост от кинематичните особености на относителното движение на телата се разграничават следните видове триене: триене на плъзгане, триене при търкаляне и триене на въртене.

Триенето при въртене е най-малко проучено, следователно при решаване на практически проблеми те се опитват да намалят този вид триене до триене на плъзгане или търкаляне.

При относителното изместване на деформиращите тела допирането между тях възниква не в точки, а в зони, наречени контактни зони. В тези контактни места могат да възникнат много разнообразни физични и механични явления, например: еластични и пластични деформации на частици, молекулярна адхезия на частици, адсорбция на тънки слоеве газ, дисперсия на колоидни частици и др. Някои учени при изучаването на това въпрос, наброява повече от 20 подобни явления, освен това много от тях се оказват във взаимна връзка. Количествените и качествените взаимоотношения между тези явления, възникващи върху еластичните зони на две контактуващи (триващи) тела, до голяма степен зависят от наличието на течен или газообразен слой между тях - лубрикант.

Следователно, в зависимост от наличието или отсъствието на смазване, както и естеството на триещите се повърхности, те се разграничават:
а) чисто триене, което възниква върху триещите се повърхности при липса на примеси върху тях под формата на течен или газов слой. Практически чистото триене е много трудно постижимо; може да се реализира само във вакуум;
б) сухо триене се появява при липса на смазване и замърсяване между триещите се повърхности;
в) гранично триене, при което триещите се повърхности са разделени от слой грес с дебелина не повече от 0,1 микрона. Граничният филм има специални свойства и не се подчинява на общите закони на хидродинамиката на вискозните течности; следователно не трябва да се смесва с маслен филм с нормален размер;
г) течно триене, при което триещите се повърхности са напълно разделени от слой течност с необходимата големина, който не позволява контакт между триещите се тела и поема цялото натоварване;
д) полусухо триене, когато при наличие на смазващ слой между триещите се повърхности отделни издатини на повърхностите влизат в пряк контакт (т.е. едновременно гранично и сухо триене);
е) полутечно триене - такова, че повечето отнатоварването се пренася от масления филм, а по-малка част се възприема директно от контакта на триещите се повърхности (т.е. едновременно течно и гранично или течно и сухо триене).

В технологията най-често се срещат едновременно полусухо и полутечно триене, от които първото обикновено се приема за сухо, а второто за течно.
Нека си припомним основните закони и математическите зависимости на сухото и течно триене.

Основните разпоредби на закона за сухото триене при плъзгане са:
1. Силата на триене на плъзгане в равнината е право пропорционална на нормалното налягане в определен диапазон от скорости и натоварвания.
2. Посоката на силата на триене на плъзгане е противоположна на относителната скорост на триещите се тела.
3. Точното положение на точката на приложение на силата на триене при плъзгане е неизвестно.
4. Триенето зависи от материала и състоянието на триещите се повърхности.
5. С увеличаване на скоростта на движение силата на триене в повечето случаи намалява, доближавайки се до определена постоянна стойност.
6. С увеличаване на специфичното налягане силата на триене в повечето случаи се увеличава.

Законите за сухото триене при търкаляне в първо приближение са изведени от Кулон.

Основните разпоредби на този закон са:
1. Триенето при търкаляне е право пропорционално на нормалното налягане и обратно пропорционално на радиуса на ролката
където N - нормално налягане, kg;
R е радиусът на ролката, cm;
X е коефициентът на триене при търкаляне, вж.
2. Силата на триене при търкаляне е насочена в обратна посока спрямо скоростта.
3. Точното положение на точката на приложение на силата на триене при търкаляне е неизвестно.

При течно триене няма директен контакт между повърхностите, движещи се една спрямо друга, тъй като между тях има слой течност. В относително движениеповърхности в този случай има изместване на отделни слоеве течност един спрямо друг и следователно триенето в течния слой се намалява до вискозно срязване. Основателят на хидродинамичната теория на смазването е изключителният руски учен Н. П. Петров. Основната същност на тази теория е следната.

Основната стойност на триенето на течността е коефициентът m), т.е. коефициентът на вътрешно триене или коефициентът на абсолютен вискозитет. Следователно най-малката дебелина на течния слой трябва да бъде по-голяма от неравностите на двете контактни повърхности A и B, в противен случай ще има директен контакт между тях.

От хидродинамичната теория на смазването следва, че за да се поддържа нормалната дебелина на масления слой, триещите повърхности може да не са строго успоредни, а шейните на вала и лагера може да не са концентрични. Това заключение може да се направи въз основа на свойствата на клиновидния лубрикантен слой, които са както следва.

С клиновидния маслен слой между двете плъзгащи се повърхности A и B, маслото прилепва към тези повърхности поради своята омазненост. Това явление води до факта, че скоростта на потока на маслото е значително намалена и съответно налягането вътре в масления слой се увеличава. Това налягане, както показват експерименталните данни, в най-тясната точка на клиновидна форма достига 200 kg / cm2 и причинява голяма повдигаща сила, поради която тялото A плава, осигурявайки необходимата дебелина на масления слой, разделящи повърхностите A и Б.

Ориз. 1. Схеми на флуидно триене

Въз основа на свойствата на клиновиден смазочния слой може да се приеме, че когато машината се стартира, когато валът започне да се върти, клиновидният смазващ слой ще отсъства и следователно условието за течно смазване също ще бъде ще отсъства, т.е. ще възникне полусухо или полутечно триене.

Още през 1883 г. Н. П. Петров дава следните основни положения за флуидно триене.
1. Смазочната течност между триещите се повърхности трябва да се държи в пролуките.
2. В смазочния слой при относителното плъзгане на смазаните повърхности трябва да възниква и да се поддържа вътрешно налягане, което балансира външното натоварване, притискащо триещите се повърхности една към друга.
3. Смазочната течност трябва да отделя напълно триещите се повърхности.
4. Слоят течност, разположен между триещите се повърхности, трябва да има дебелина не по-малка от определена минимална граница.

Триенето и износването са тясно свързани. Износването е резултат от работата на триене. Според редица учени, работещи в тази област, все още няма общоприета дефиниция за износване от триене в техническата литература. По определението на проф. М. М. Хрушчов, износването на машинните части е нежелана постепенна промяна в техните размери в процеса на работа, която възниква под действието на сили върху техните триещи се повърхности.

Износването, което възниква при работа на машините, може да се раздели на естествено и аварийно.

Естественото износване на машинните части възниква в резултат на действието на силите на триене и се определя от условията на работа на частите, качеството на материала, естеството на обработката и др. Това износване е неизбежно и се появява в резултат на относително дълъг период на работа на машината.

Случайното износване е резултат от бързо нарастващо естествено износване и нарушаване на нормалната работа на машината, нарушаване на правилата за поддръжка, експлоатация и ремонт на машините. Това износване почти винаги се характеризира с резки деформации на частите, разрушаване на отделни компоненти, възли и цялата машина.

Влошаването на машините, срещано в практиката, е много разнообразно по форма на проявление, поради причини на възникване, характер на растеж и много други признаци.

Най-често срещаният тип нормално износване е механичното износване.

Проф. А. К. Зайцев, като взема предвид естеството на явленията и процесите, протичащи по време на износване, дава следната класификация на механичното износване: клас на износване I - чисто механичен; II клас - физико-механичен; III клас - химичен и механичен; IV клас – комплекс.

Чисто механичното износване (ерозия на метала) е придружено от промяна във формата и обема на триещите се части без значителни прояви на химични процеси. Този тип износване е резултат от сили на триене, които възникват, когато повърхностите на частите се движат една спрямо друга.

В зависимост от вида на триенето, чисто механичното износване се разделя на три основни типа: износване от триене на плъзгане, от триене при търкаляне и комплексно износване, което се проявява с едновременното действие на триене на плъзгане и триене при търкаляне.

Износването от триене при плъзгане е най-широко разпространено в възлите и възлите на пътните машини; възниква например върху повърхностите на шейните на валове и лагери, бутални пръстени и цилиндри, стебла на клапани и направляващи втулки и др.

Най-видимото износване от триене при търкаляне е износването на сачмените и ролковите лагери, които са често срещани в пътните превозни средства.

Типичен пример за комплексно износване в пътните превозни средства е износването, причинено от зъбите на зъбните колела.

Физическо и механично износване възниква, когато механичното износване е придружено от физически промени в триещите се части. Тези промени са тясно свързани с вътрешните процеси, протичащи в детайлите, които обикновено водят до промяна в тяхната твърдост, твърдост, крехкост и до появата на работно втвърдяване. Пример за такова износване е износването на челюстите на скалнотрошачи.

Химическото и механичното износване (корозия на метала) се характеризира с това, че механичното износване е придружено от химични процеси. Пример за такова износване е корозията, при наличието на която механичното износване значително се засилва и ускорява. Явлението корозия е от съществено значение при износването на части от пътни машини и двигатели.

Корозията възниква в резултат на действието на органични киселини в смазката или образувани при изгарянето на горивото, както и в резултат на действието на газове при високи температури, водни пари и др.

При експлоатацията на пътните превозни средства възникват следните видове корозия: атмосферна, почвена, електрохимична, течна и корозия при високи температури.

Атмосферната и почвената корозия се причинява от влага във въздуха или почвата, особено в присъствието на въглероден диоксид, амоняк и др.

Електрохимичната корозия възниква, когато при контакт на два различни метала се образува галванична двойка, т.е. единият метал с по-отрицателен потенциал служи като анод, а другият като катод. Металът с по-отрицателен потенциал обикновено корозира.

Течната корозия възниква в системите пара-вода поради наличието на обогатен с кислород въздух във водата. В същото време водата съдържа минерали, които дават разтвори на минерални соли, киселини и основи. Такава водни разтвориса електролити, които, взаимодействайки с метала, причиняват активна корозия.

Корозията при високи температури се причинява от нагряване на метала и излагането му на топлина. Корозионната активност в този случай до голяма степен зависи от качеството на метала и способността му да се окислява при високи температури, например корозия, наблюдавана в горната част на цилиндрите на двигателите с вътрешно горене. От изследване на процеса на изгаряне на горивото в двигателите следва, че частиците от продуктите на непълно горене, силно окислени от внезапно спадане на температурата, се придържат към стените на цилиндъра, а съдържащият се в тях кислород влияе върху метала.

Сложното износване възниква, когато механичното износване е придружено както от химически, така и от физични процеси. Цялостното износване включва такова износване на изпускателните клапани на двигателя, когато под въздействието на високи температури настъпва частично (повърхностно) изгаряне на метала, променя се структурата и механичните му свойства, а химическият процес, произтичащ от действието на газове, причинява корозия на метала. Вентилът толкова губи качествата си, че в определен момент главата му напълно изгаря, а понякога дори се отчупва.

Абразивното износване е вид чисто механично износване, което се причинява от наличието на абразивни частици в съединяващите се триещи се части.

По време на работа на пътните машини отделни части и интерфейси имат директен контакт със земята, например ножове на автогрейдери, булдозери и скрепери, части на гъсеница и др., работещи в най-трудни условия. В тези случаи абразивните частици са критични по отношение на износването.

При шлайфане на цилиндри и клапани с недостатъчно почистване след обработка, част от абразивния прах остава в цилиндрите на двигателя.
Основният проводник на навлизането на абразивни материали в цилиндрите на двигателя е неговата всмукателна система. Ако двигателят има дори най-модерния въздухочистител, определено количество прах все пак попада в него.

Абразивният прах, влизащ в цилиндрите на двигателя, се смесва с маслото и образува един вид паста за шлифоване, което значително увеличава износването на частите (бутала, пръстени, клапани и др.).

Абразивното износване е най-често срещано сред частите на пътните машини, работещи с пясък, трошен камък, бетон, шлака и др. Износването на метала в този случай възниква под въздействието на зърна от различни абразивни материали, които се притискат в основата на метала на частта и образуват жлеб в нея (фиг. 2). Екструдираният метал под формата на мъниста е разположен от двете страни на този жлеб. Тъй като структурата на метала е до голяма степен нехомогенна, в изместения метал се появяват пукнатини, които го отслабват и създават възможност абразивните зърна постепенно да го деформират и разрушават. В долната част на получения жлеб се получава работно втвърдяване, поради което твърдостта на метала се увеличава значително.

Ориз. 2. Следи от абразивно зърно върху триеща се повърхност

V последните годиниМного внимание е отделено на абразивното износване, тъй като износоустойчивостта на частите към този вид износване е от съществено значение за удължаване на експлоатационния живот на машините и тяхната надеждност при работа. Заслужава внимание изследванията в областта на абразивното износване, извършени от канд. технология Науки М. М. Тененбаум. Несъмнен интерес представлява неговата гледна точка по въпроса за активното абразивно действие на твърди абразивни частици в контакта на триещите се части.

Тененбаум посочва, че същото количество абразивно вещество в контакт с твърди вещества, в зависимост от различни факторипричинява различно разрушаване на повърхността на тези тела по обем. Например, активността на абразивното действие на определено количество зърна кварцов пясък в контакт между две тела зависи до голяма степен от естеството на взаимодействието на тези зърна с две тела. Ако абразивното зърно, без да се свива, се притисне в повърхностния слой на детайла, тогава има вид частична изолация на зърното в контакта на съвпадащите части и тяхната карикатура. Тази карикатура на повърхностните слоеве на свързващите се части с абразивни частици увеличава износването им в сравнение с износването на части, в чието спрежение няма абразивни частици.

Както е отбелязано в изследването, най-голямо износване се получава, когато абразивните зърна в контакт между две свързващи се части са смачкани. Енергията, необходима за раздробяване на абразивните зърна, се пренася през малки площи на контакт на повърхностния слой, което причинява разрушаване на определени обеми от материала на детайлите. Новообразуваните частици от кварцов абразив ще имат собствена специфична геометрия, която ще насърчи висока концентрация на контактни напрежения в повърхностните слоеве на триещите се части, което от своя страна ще доведе до повишено износване на повърхностите.

По този начин, когато едно и също количество абразивни зърна се раздробяват в контакт, износването на съвпадащите части при определени условия ще бъде много по-голямо, тъй като абразивното действие ще бъде придружено от по-висока активност. Само това може основно да обясни, че масивните бронзови лагери износват шейната на вала повече от лагерите на бабита при условия на същото замърсяване с грес.

В литературните източници много често се срещат мнения, че съвпадащата двойка части, изработени от стомана и найлон по време на абразивно износване, има по-висока устойчивост на износване, отколкото чифтосването на метални части. Това се дължи на факта, че найлонът частично абсорбира абразивни зърна и по този начин намалява активността на абразивното износване.

В резултат на тези явления може да се заключи, че ефектът на абразивните частици във връзка с частите може да бъде различен в зависимост от състоянието на тези частици и материала на съвпадащите части. Устойчивостта на съвпадащи части към абразивно износване може да се увеличи чрез избор на части с повишена износоустойчивост или чрез избор на части от материали с относително ниска устойчивост на износване, но способни да абсорбират абразивни частици.

институт структурна механикасе проведе Академията на науките на Украинската ССР добра работаза изследване на износването на части от автомобили, трактори и селскостопански машини. В резултат на работата на този институт проф. Б. И. Костецки установява принципно различни видове износване на части, подчинявайки се на законите на определен процес.

Б. И. Костецки дава следната класификация на видовете износване на машинните части: захващане от първи вид; адхезионно износване от II вид или термично; окислително износване; абразивно и петнисто износване.

Поради факта, че всяка част има водещ тип износване, тя ще има най-износената повърхност, където и да се случи този тип износване. Ясно изразеният вид износване обикновено определя устойчивостта на износване на детайла, естеството и скоростта на износването му. Например, водещият тип износване на силно натоварени зъби на зъбните колела е шаркоподобно, а съпътстващите видове износване са термични и окислителни. Острото износване определя износоустойчивостта на зъбите на зъбното колело и се появява в зоната на първоначалната обиколка на зъба, докато другите два вида износване - термично (на корена на зъба) и окислително (на главата на зъба) - не са решаващо по отношение на общата устойчивост на износване на зъбите на зъбното колело при определени условия на работа.

ДА СЕКатегория: - Поддръжка на пътни автомобили

Цел: да се затвърдят знанията за видовете триене и износване.

Упражнение:.

1. Изучаване на теоретичен материал.
2. Попълнете таблица 1.
3. Отговори на въпросите за сигурност.

Контролни въпроси:

1. Фактори, които определят скоростта на износване?

2. Кои са основните начини за намаляване на интензивността на механичното триене знаете ли?

3. Коя сила на триене е по-голяма от триенето при търкаляне или плъзгане?

маса 1

Теоретична част.

Триене- основната причина за износването на машинните части. Проблемите на триенето, износването и смазването се изучават от науката трибология, базирана на фундаменталните закони на физиката, химията, механиката на континуума, термодинамиката и материалознанието.

Правете разлика между триене:

слайдове,

търкаляне,

Силата на триене при търкаляне е около 10 пъти по-малка от силата на триене при плъзгане.

Видове триене... По време на работа на машините триещите се повърхности на частите са в различни условия. В зависимост от това дали има или не смазване между триещите се повърхности, се разграничават следните видове триене.

Триене без смазваневъзниква при липса на всички видове смазка върху триещите се повърхности на двете твърди тела.

Гранично триенедве твърди частици възниква, когато тънък слой смазка върху триещите се повърхности не надвишава височината на грапавостта на контактните повърхности.

Флуидно триеневъзниква между две тела, напълно разделени от слой течност (лубрикант). Липсата на контакт между повърхностите ги предпазва от разрушаване.

Износване- процесът на разрушаване и отделяне на материал от повърхността на твърдо тяло по време на триене и (или) увеличаване на неговата постоянна деформация, което се проявява в постепенна промяна в размера и (или) формата на тялото.

Видове износване... При условия на всички видове триене триещите се повърхности се разрушават, тоест повърхностите се износват.

Класификация на износване

Според GOST 23.002 - 78 има 3 основни вида износване:

1) механични (абразивни, хидро- и газови абразиви, ерозия, хидро- и газова ерозия, кавитация, умора, фреттинг, заглушаване);

2) корозионно-механични (окислителна, фретингова корозия);

3) под действието на електрически ток (електроерозивно).

Механично износваневъзниква в резултат на действието на твърди частици върху триещите се повърхности. Тази група трябва да включва такива видове износване като абразивни, хидро- и газоабразивни, умора, кавитация, ерозия.

Абразивно износване- износване в резултат на механично действие чрез режещо и надраскващо действие на твърди частици или частици при наличие на относителна скорост на движение.

Хидро и газово абразивно износванесе появява в резултат на действието на твърди вещества или частици, увлечени от потока на течност или газ.

Износване от уморапричинява промяна на триещата повърхност или отделни зони в резултат на многократна деформация на микрообемите на материала, което води до появата на пукнатини и отделяне на частици.

Кавитационно износванеповърхността настъпва с относително увеличаване на скоростта на движение на твърдо вещество в течност, т.е. при условия на хидродинамична кавитация - нарушаване на непрекъснатостта на вътре течността.

Ерозионно износваневъзниква в резултат на излагане на течен или газов поток.

Молекулярно механиченизносването е резултат от едновременни механични и молекулярни или атомни сили.

Корозионно-механичнаизносване е износване поради триене на метала, който е влязъл химично взаимодействиес околната среда.

Факторите, които определят скоростта на износване, включват:

Вид на триене (плъзгане, търкаляне, търкаляне с приплъзване);

Тип триене (сухо, гранично, хидродинамично);

Околна среда (въздух, вода, газ, почва и др.);

Тип контакт на триещите се двойки (точка, права, равнина, цилиндър, сфера);

Естеството на движението (равномерно, непрекъснато и др.);

Тип на движението (ротационно, транслационно, възвратно-постъпателно);

Естеството на натоварването (постоянен, нестабилен, променлив знак);

Стойност на натоварването;

Скоростта на движение на триещите се повърхности;

Температурни условия.

Основните начини за намаляване на интензивността на механичното абразия:

1) Структурни:

Осигуряване на рационална твърдост и гъвкавост на частите (плаващи части, пружини, пружини, уплътнения и др.).

Избор на рационални двойки триене:

Комбинацията от твърд материал с мек материал (елиминира дразнене) - права [закалено подвижно

Дебеломер - необработено фиксирано легло] и обратна [хромирана втулка - незакален чугунен пръстен, закален вал - бабитова вложка] двойки;

Комбинация от твърд материал с твърд материал (висока устойчивост на износване);

Елиминиране на комбинацията от едноименни материали и меки с меки;

Използването на порести, прахови антифрикционни материали.

Смяна на плъзгащи се фрикционни двойки с търкалящи се;

Създаване на условия за флуидно триене.

2) технологични:

Осигуряване на оптимална грапавост,

Съответствие с точността на изработка и втвърдяването на триещите се повърхности.

3) Оперативен:

Разтоварване на работни повърхности;

Спазване на правилата за експлоатация, поддръжка и ремонт на машините.

Срещаме се с триене, когато движим някои тела едно спрямо друго (кинетично триене) или се опитваме да приведем в движение тела, които са в покой (статично триене). Триенето възниква, когато две тела, движещи се едно спрямо друго, докосват външните си повърхности (външно триене) или когато структурните елементи на тялото (атоми, молекули) се движат един спрямо друг (вътрешно триене). Вътрешно триене може да възникне в течности, газове и твърди тела. Класификацията на видовете триене е представена в табл. 2.5. Освен механичното триене протичат термични, електрически, магнитни и други явления. Таблица 2.5

Кинетично триене(триене на движение) - възниква, когато някакви тела се движат едно спрямо друго.

Статично триене(триене в покой) - възниква, когато неподвижно тяло започне да се движи от състояние на покой.

Външно триене- възниква, когато две тела, движещи се едно спрямо друго, докоснат външните си повърхности.

Вътрешно триене- когато елементите от структурата на тялото (атоми, молекули) се движат един спрямо друг. Среща се в твърди вещества, течности и газове.

Триене без лубрикант(сухо триене) - триене на две тела при липса на какъвто и да е вид смазка, въведена върху повърхността на триене.

Триене със смазка(флуидно триене) - триене на две тела в присъствието на всякакъв вид смазка, въведена върху повърхността на триене.

Триене на плъзгане- триене на движение на две твърди тела, при което скоростите на телата в точките на съприкосновение са различни по големина и посока, или по големина или посока (фиг. 2.1).

Триене при търкаляне- триене на движение на две твърди тела, при което скоростите им в точките на допир са еднакви по големина и посока (фиг. 2.2) Фиг. 2.2

Гранично триене- триене при наличие на филм от гранично смазване.

Анализиране на горните определения различни видоветриенето може да формулира обща дефиниция на процеса на триене.

Смазка- материалът, въведен в повърхността на триене, за да се намали силата на триене (F TP) и интензивността на износване (масло - повърхностно активно вещество не може да бъде напълно изцедено. При ниски температури се получава силно износване поради кристализация на маслото).

При движение (или движение) телата влизат в контакт с други тела, както и с частици материя заобикаляща средавъзникват сили, които пречат на това движение. Тези сили се наричат сили на триене... Действието на силите на триене винаги е придружено от преобразуване на механичната енергия във вътрешна енергия и предизвиква нагряване на телата и околната среда.

Съществува външени вътрешно триене(нарича се иначе вискозитет). Външентози вид триене се нарича, при което в точките на допир на твърдите тела възникват сили, които пречат на взаимното движение на телата и са насочени тангенциално към техните повърхности.

Вътрешно триене(вискозитет) е вид триене, който се състои в това, че при взаимно изместване. слоеве течност или газ между тях възникват тангенциални сили, които предотвратяват такова движение.

Външното триене се подразделя на статично триене (статично триене) и кинематично триене... Триенето в покой възниква между неподвижните твърди тела, когато някое от тях се опита да се движи. Кинематично триене съществува между взаимно контактуващи движещи се твърди тела. Кинематичното триене от своя страна се подразделя на триене на плъзганеи триене при търкаляне.

Силите на триене играят важна роля в човешкия живот. В някои случаи ги използва, а в други се бори с тях. Силите на триене са електромагнитни по природа.

Триене на почивка

Наблюденията показват това силата на триене в покой винаги е насочена в посока, обратна на външната сила, действаща върху тялото, като се стреми да приведе това тяло в движение.До определен момент силата на триене в покой се увеличава с увеличаване на външната сила, балансирайки последната. Максималната стойност на статичната сила на триене е пропорционална на модула на силата F d на натиска, упражняван от тялото върху опората.

Според третия закон на Нютон силата F d на натиска на тялото върху опората е равна по големина на силата N на опорната реакция. Следователно максималната статична сила на триене е пропорционална на силата на реакцията на опората. За модулите на тези сили е валидно следното съотношение:

F p = f p N, (2.19)

където f p е безразмерен коефициент на пропорционалност, наречен коефициент на статично триене... Стойността на този коефициент зависи от материала и състоянието на триещите се повърхности.

Стойността на коефициента на триене в покой може да се определи по следния начин. Нека тялото (плоската пръчка) лежи върху наклонената равнина AB (фиг. 23). Върху него действат три сили: силата на тежестта F, силата на триене в покой F p и реакционната сила на опората N. Нормалната компонента F p на силата на гравитацията е силата на налягане F d, произведена от тялото върху опората, т.е

F H = F d. (2.20)

Тангенциалната компонента Ft на гравитацията е сила, която се стреми да премести тялото надолу по наклонена равнина.

При малки ъгли на наклон a силата F t се уравновесява от силата на статично триене F p и тялото е в покой върху наклонена равнина (силата N на опорната реакция според третия закон на Нютон е равна по големина и противоположна в посока към силата F d, тоест тя я балансира).

Ще увеличаваме ъгъла на наклон a, докато тялото започне да се плъзга надолу по наклонената равнина. В този момент

F t = F пmax (2.21)

Замествайки изрази (2.20) и (2.21) във формула (2.19), получаваме

f p = F t / F n (2.22)

От фиг. 23 показва това

F t = Fsin a = mg sin a; F n = Fcos a = mg cos a.

f n = sin a / cos a = tg a. (2.23)

Измерване на ъгъла a, при която започва плъзгането на тялото, можем да използваме формула (2.25), за да изчислим стойността на коефициента на триене в покой f p.

Видове кинематично триене

Триенето на плъзгане възниква, когато едно твърдо вещество се плъзга по повърхността на друго. Законът за триене на плъзгане има формата

F c = f c N, (2.24)

където F c - модул на силата на триене при плъзгане; f c - безразмерен коефициент на триене на плъзгане; N е модулът на опорната реакционна сила. Стойността на f c зависи от това от какви вещества са направени триещите повърхности и от качеството на тяхната обработка. Ако повърхностите се направят по-гладки, стойността на f c c отново се увеличава. Това се случва, защото молекулите на телата с гладки повърхности се приближават една до друга и силите на молекулярно привличане между тях карат телата да се „залепват“, предотвратявайки плъзгането им. Триенето при търкаляне възниква, когато твърди тела с кръгла форма се търкалят (без плъзгане) по повърхността на други твърди тела.ще намалее. Въпреки това, грапавостта на повърхностите може да бъде намалена само до определена граница, тъй като за много гладки (например полирани) повърхности стойността на f

Причината за появата на триене при търкаляне е следната. По силата на гравитацията кръгла твърдо(например топка или колело), ​​разположени върху равна повърхност, се деформират, в резултат на което се опира не в една точка, а върху платформа с по-големи или по-малки размери. Това води до факта, че когато тялото започне да се търкаля, точка А на приложение на реакцията на опора се измества леко напред от вертикалата, преминаваща през центъра на тежестта на тялото, и линията на действие на силата на реакцията на опората R се отклонява леко назад от тази вертикала (фиг. 24). В този случай нормалната компонента R n = N на опорната реакция компенсира силата на тежестта F (т.е. R n = -F), а не компенсираната тангенциална компонента R t на опорната реакция е насочена срещу движението на тяло и играе ролята на силата на триене при търкаляне F k. Модулът на силата на триенето при търкаляне F k се определя от закона

F k = K k N / r (2.25)

където K to е безразмерният коефициент на триене при търкаляне; N = R n - модул на нормалния компонент на силата на реакция на опората; r е радиусът на търкалящото се тяло.

Ако сравним коефициентите на всички видове външно триене за всеки два материала, от които са направени контактуващите тела, ще видим, че f p> f c> K k, т.е. при равни други условия най-голямото е статичното триене, а най-малкото е триенето при търкаляне.

Ролята на лубриканта

За да се намали външното триене между контактните повърхности на твърдите тела, се въвежда лубрикант, тоест вискозна течност, която прилепва към твърдите тела и образува слой с по-голяма или по-малка дебелина между техните повърхности. В този случай триенето вече не възниква между твърдите тела, а между слоевете смазка, което води до значително намаляване на силата на триене. Външно триене се нарича сухаако изобщо няма смазване, хидродинамично, ако слоят на смазката е дебел, граничн, ако слоят на смазката е много тънък.

Съпротивителни сили при движението на телата в течности и газове

Сила на съпротивлениедвижението възниква и когато твърдите тела се движат в течности и газове. В този случай изобщо няма триене на покой, тъй като в течност или газ произволно малка сила може да изведе тялото от състоянието на покой, като му придаде ускорение.

Силата на съпротивление, възникваща в течност или газ, винаги е насочена срещу движението на тялото, тангенциално към повърхността му и зависи от скоростта на тялото. При ниски скорости силата на съпротивление F c е пропорционална на скоростта, а при високи - F cпропорционално на квадрата на скоростта.

В газовете, поради ниската им плътност, тялото може да развие висока скорост, следователно силата на съпротивление F c = -k 1 v 2. В течности плътността на материята е висока, тялото не може да развие висока скорост и следователно Fc = -k 2 v. В последните формули коефициентите на пропорционалност k 1 и k 2 зависят от вида течност или газ и тяхната температура.

Наблюденията показват, че силата на съпротивление на движение в течности или газове също до голяма степен зависи от формата на движещото се тяло. Геометричната форма на тялото, при която силата на съпротивление на движение от страната на средата е малка, обикновено се нарича рационализиран.

В природата има няколко вида триене. При докосване на твърдо тяло и други подобни се получава сухо триене, което се разделя на:

• Триене на почивка;
• Триене на плъзгане;
• Триене при търкаляне.

Ако твърдо вещество започне да влиза в контакт с течност или газ, възниква несухо триене.

Сила на статично триене

Представете си топка, лежаща върху повърхност. Върху него действат сили:

• Гравитация F, където m е телесната маса, а g е ускорението свободно падане, което е константа.
• Сила на поддържаща реакция N.

Нека се опитаме да действаме върху топката със сила, успоредна на повърхността, върху която се намира. В резултат топката ни не помръдва, което предполага, че върху нея действа и друга сила. Тя се нарича статична сила на триене и е противоположна по посока на силата, с която сме действали върху топката. Тя е равна по големина на приложената сила.

Така може да се запише следната формула:

Съществува и стойност, която характеризира зависимостта на статичната сила на триене и силата на реакция на опората. Нарича се коефициент на триене в покой и се обозначава с μ0

Максималната стойност на статичната сила на триене, която действа върху топката, може да се изчисли по формулата:

Сила на триене при плъзгане

Нека отново приложим сила към разглежданата топка. Този път нашата топка започва да се движи по повърхността, на която се намира. И в този случай, от страната на повърхността, върху топката действа сила, която се нарича сила на триене на плъзгане. Тази сила не позволява на топката да се движи и е насочена в обратна посока на движение.

Силата на триене на плъзгане също е пропорционална на силата на реакцията на опората:

Ftr.slid. = Μ * N

Сила на триене при търкаляне

Този тип триене възниква, когато топката се търкаля към друго тяло или когато се търкаля по повърхността. Точно като триенето на плъзгане, то е насочено в посока, обратна на движението.

Не сухо триене

Този тип триене възниква, когато твърдо вещество се движи в течна или газообразна среда. Тази сила също е насочена в посока, противоположна на движението и го предотвратява. Големината на силата на съпротивление зависи от скоростта, с която тялото се движи в средата.

Ако тялото се движи с ниска скорост, силата на съпротивление може да се изчисли по следната формула:

Съпротивление = k * v

к- коефициент на съпротивление, v- стойността на относителната скорост.

Ако стойността на относителната скорост е достатъчна голямо значение, тогава силата на съпротивление трябва да се изчисли по следната формула.